粒子物理学的一些最新进展

第一原则是你永远不要欺骗自己——须知你是最容易被你自己欺骗的人。

——费恩曼

第38界高能物理国际会议（ICHEP）在芝加哥召开，物理学家都把目光聚焦在了大型强子对撞机（LHC）的最新结果上。自LHC前几年找到希格斯粒子以后，许多人都把希望寄托于升级后的它。因为粒子物理学家现在急需找到超越标准模型的未知粒子，而这些新粒子早在50年前就被各种理论预言。

为什么我们需要新粒子？自然界还有许多的秘密等待着我们去探索。为什么物质多过于反物质？为什么中微子具有质量？为什么我们没看到CP不对称？暗物质和暗能量究竟又是何方神圣？这些问题都没有一个确定的答案。科学家并不是为了寻找新粒子而去寻找，他们需要新粒子的存在，才能解释许多现在困惑着我们的种种谜题。而有趣的是，自然喜欢隐藏自己。要么是自然隐藏的够深，物理学家只是需要再加把劲（比如提高加速器的能量，或者建造更加灵敏的探测器。）；要么是物理学家寻找错了方向，他们需要重新的思考。

【LUX和熊猫计划：排除WIMPs】

LUX探测器没有探测到暗物质后被关闭。（© UCL）

不久前，世界上最灵敏的暗物质探测器LUX宣布他们没有找到任何暗物质的蛛丝马迹。几乎在同一时间，中国的锦屏地下实验室的熊猫计划也公布了他们的首结果，同样一无所获。这两个大型实验室的结果几乎可以排除了暗物质最有力的候选者大质量弱相互作用粒子（WIMPs）。这样的结果也不错，至少对暗物质做出了限制，详见《LUX：我们没有找到暗物质。》一文中的讨论。

【LHC：没有新粒子】

2015和2016年ATLAS的结果对比。15年看到的750GeV的信号，在今年显然消失不见了。（© James Beacham）。

8月5日，在ICHEP上，LHC公布了他们的最新结果。他们宣布了在去年12月发现的750GeV双光子信号增强并非来自新的粒子，而只是统计涨落的误差。当去年ATLAS和CMS同时看到750GeV的信号时（戳：《如果CERN发现了新粒子意味着什么？》），物理学家就像是抓住了一根救命稻草，因为这很有可能是超越标准模型的一个未知粒子。过去的几个月，物理学家提出了各式各样的理论来解释，但是在收集比去年要多的多的数据以后，所有的希望都破灭了..........

【LHC：寻找磁单极子】

磁单极子正躲在宇宙的某个角落。（© CERN/MoEDAL）

虽然没有找到新粒子，不过LHC专门设计来寻找磁单极子的探测器（MoEDAL）已经准备就绪。相较于转瞬即逝的希格斯粒子，磁单极子更加的稳定。如果磁单极子存在，那么LHC应该可以找到它们。对磁单极子有兴趣的可以查看《磁单极子：存在或不存在？》。

【TK2实验：中微子是宇宙存在的关键】

T2K探测器。（© Imperial College London）

在宇宙大爆炸中，物质和反物质应该会完全湮灭，只剩下能量。但是我们今天看到的宇宙显然是由物质主导的，反物质几乎完全消失了。解释这一问题的关键在于“对称性破缺”。而中微子的奇异行为或许是这个谜题的关键之处。

在ICHEP中，日本TK2宣布了他们的实验结果。结果显示了中微子和反中微子在形态变化概率上存在差异，这其中很可能存在对称性破缺的现象。英国帝国理工的一个研究团队宣布他们发现在μ中微子转变为电子中微子的数量要比μ反中微子转变为电子反中微子的数量要多。这个发现很重要，因为如果物质和反物质的行为都一样，它们在大爆炸后应该很快的就都被磨灭掉了，也就不会有我们了。唯一的缺点是，支撑这个结果的数据比较少。未来还需要更多的数据才能确定是否存在不对称性。

【冰立方：未探测到惰性中微子】

位于南极洲的冰立方实验室。（© Erik Beiser, IceCube/NSF）

8号，位于南极的冰立方粒子探测器（IceCube）团队宣布：对惰性中微子的探索仍旧是一片空白。

我们知道中微子有三种，而惰性中微子则被认为是第四种中微子。之所以被称作“惰性”是因为它不与物质本身相互作用。因此我们只能通过其它三个中微子在相互转换的过程中寻找它。虽然一直有一些异常现象暗示着该粒子的存在，但是还从未直接发现它的踪迹。

为什么要寻找惰性中微子？最直接的结果是对标准模型的直接挑战，因为标准模型只允许三种中微子的存在。物理学家也相信，惰性中微子可以帮助我们解决暗物质之谜，同时也可以解释宇宙中物质和反物质之间的不对称性。

虽然冰立方没有找到惰性中微子，但至少可以排除物理学家认为它们最有可能出现的质量范围内。

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